2.2.2. Diagnóstico por imagen

A lo largo de los últimos años, el diagnóstico por imagen ha visto como ha ido incrementando considerablemente su relevancia hasta convertirse en una herramienta imprescindible en el diagnosis de incontables enfermedades como los síndromes neurológicos, los trastornos cardiovasculares o el cáncer.

La confluencia del diagnóstico por imagen y la nanotecnología, permite da lugar a una nueva serie de trazadores y agentes de contraste que cuentan con una mayor resolución y sensibilidad. Su objetivo es la detección de enfermedades en sus fases iniciales, a nivel celular o incluso molecular, lo que permitiría una rápida aplicación del tratamiento apropiado, aumentando así las posibilidades de curación.

Los nanosistemas de imagen se apoyan, principalmente, en la utilización para el marcaje in vivo de tres tipos de nanopartículas: semiconductoras, metálicas y magnéticas.

Nanopartículas de semiconductores

Este primer tipo de nanopartículas, también denominadas puntos cuánticos (quantum dots) consisten en semiconductores^[1], cuyo tamaño se ha reducido a unos pocos nanómetros (1-10 nm), lo que origina cambios en su disposición electrónica, perdiendo su inconfundible estructura de bandas. Gracias a esta nueva estructura, su respuesta óptica (concretamente su fluorescencia) va a estar íntimamente ligada a la variación del tamaño de estas nanopartículas.
Consecuentemente, estos puntos cuánticos van a emitir luz en diversas longitudes de onda (colores) dependiendo de sus dimensiones y no del material empleado, lo que les convierte en unos marcadores biológicos tremendamente prácticos.

Aunque se han sometido a examen una gran diversidad de materiales semiconductores, los más empleados son los de teluro y seleniuro de cadmio, CdTe y CdSe, ya que, además de poder fabricarse en grandes cantidades, puede controlarse perfectamente el tamaño de los mismos y con ello obtener unas bandas de emisión con una abundante gama de colores durante un largo período de tiempo.

Pero las nanopartículas de semiconductores también deben llegar a su objetivo, y para evitar efectos secundarios han de ser excretados del organismo una vez hayan cumplido su cometido. Para la primera de estas funciones, los puntos cuánticos han de recubrirse con polímeros como el polietilenglicol (PEG), que actuará como una capa de invisibilidad ante los macrófagos del sistema inmunitario impidiendo que estos últimos los degraden e ingieran antes de alcanzar su destino.

El siguiente paso consiste en conseguir que las nanopartículas sean capaces de identificar su diana mediante biorreceptores (anticuerpos) que se ligan a su superficie, y que se unirán a los antígenos^[2] específicos de las células objetivo (p.ej.: células cancerígenas). Los biorreceptores de los quantum dots producen una reacción de reconocimiento biomolecular al encontrarse con estos antígenos, acumulándose en esa zona, y empleando luz ultravioleta son observados debido a la característica fluorescencia que radian.

Por último, la expulsión de los puntos cuánticos a través de los riñones y del hígado parece no mostrar dificultades en los experimentos realizados en animales, pero para su empleo en ensayos humanos deben resolverse posibles problemas relacionados a proceso de agregación, antes de obtener la autorización de las agencias de salud para su posterior comercialización.

Nanopartículas metálicas

El hecho de que las nanopartículas metálicas poseen una frecuencia de resonancia (su color) directamente dependiente de su tamaño y forma, las convierte en una segunda opción como agentes de contraste. Esta propiedad facilita que sean producidas con la intención de dispersar o absorber luz en la zona espectral que corresponda. Así, pueden diseñarse partículas de oro que absorban o reflejen luz en la región del infrarrojo cercano (700-900 nm), ya que los tejidos biológicos son más transparentes en esa franja del espectro electromagnético, y mediante métodos como la tomografía de coherencia óptica^[3] (optical coherence tomography, OCT) se logran mapas tridimensionales de las zonas donde se han aglomerado las nanopartículas.

Nanopartículas magnéticas

Una tercera alternativa la representan las nanopartículas magnéticas (óxidos de hierro como la magnetita: Fe₃O₄), con la capacidad de incrementar el contraste en las pruebas de resonancia magnética.
Su transporte por el organismo puede llegar a realizarse gracias al empleo de un campo magnético externo (como un electroimán), aprovechando las propiedades magnéticas de estos materiales. Además, podrían llegar a reemplazar los marcadores actuales de metales pesados, disminuyendo su toxicidad.

Tanto en las nanopartículas magnéticas como en las metálicas se emplean técnicas idénticas, o muy similares, a las descritas en los puntos cuánticos para conseguir burlar el sistema inmunitario y lograr que sean capaces de localizar y unirse a los tejidos y células diana de interés.

Los nanosistemas de imagen, al pertenecer a la categoría de diagnóstico in vivo y por tanto, deben introducirse en el cuerpo humano, conllevan, como hemos descrito, un conjunto de inconvenientes asociados (biocompatibilidad, sofisticado diseño) que deben solventarse para su uso seguro y eficaz en el organismo, minimizando efectos secundarios indeseados.

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[1] Elemento que se comporta como un aislante o conductor dependiendo de varios factores como la temperatura del ambiente, la presión, los campos eléctricos o magnéticos a su alrededor o la radiación que incide sobre él.
[2] Sustancias ajenas o tóxicas al organismo (generalmente proteínas) que desencadenan la formación de anticuerpos y causan una respuesta inmunitaria. 
[3] Prueba de imagen no invasiva que utiliza ondas de luz para tomar imágenes de sección transversal.

Fuentes: Informe de vigilancia tecnológica: nanomedicina. Fundación para el conocimiento madri+d. CEIM. José Manuel González, Marta López, 
              Gema Ruiz.
              Nanomedicina: aplicación de la nanotecnología en la salud. Laura M. Lechuga. Grupo de Nanobiosensores y Aplicaciones Bioanalíticas
              Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2). CSIC
              http://www1.radiology.ucsf.edu/research/labs/hyperpolarized-mri-tech-2/facilities_equipment
              http://www.osiconference.org/osi2015/presentations/Tu2.3%20Zahn.pdf
              http://www.nanowerk.com/news/newsid=7441.php (Image: Penn State)
              http://slideplayer.com.br/slide/74350/